矿井煤尘爆炸及抑爆技术的研究现状及发展趋势

矿井煤尘爆炸事故往往会造成重大人员伤亡和财产损失。为了防止煤尘爆炸发生,研发高效绿色的抑爆材料,整理了国内外关于煤尘爆炸的研究情况,包括煤尘爆炸机理、爆炸特性、爆炸传播规律以及煤尘的抑爆技术,并针对煤尘爆炸方面的研究提出了未来发展趋势。分析结果表明,需对多因素及特殊环境下的煤尘爆炸特性进行深入研究,建立煤尘爆炸过程全景式分子作用机制的爆炸机理,并结合实际矿井环境对煤尘爆炸传播规律进行研究,结合爆炸机理研发新型抑爆材料,从本质上中断爆炸反应过程。     

静电点火下煤粉爆炸特性研究

为完善粉尘爆炸测试方法,建立了一套基于20L球形爆炸装置的煤粉爆炸特性参数的测试系统。实验采用大能量静电点火对不同粒径的煤粉-空气混合物的爆炸特性进行了研究,测得了不同实验条件下煤粉的爆炸特性参数。实验结果表明,随着煤粉浓度的增加,爆炸压力、压力上升速率等爆炸参数先增大后减小;煤粉粒径对其爆炸特性影响很大,煤粉粒度越小,爆炸烈度越强烈;随着点火能量的增大,爆炸压力、爆炸压力上升速率等爆炸参数逐渐增大,当点火能量增大到一定值时,这些参数又趋于稳定。     

煤尘爆炸的研究现状及发展趋势

煤尘爆炸是矿井热动力主要灾害形式之一。为明确煤尘爆炸的研究情况,防止煤尘爆炸事故的发生,总结了国内外对煤尘爆炸机理、爆炸特性、爆炸传播规律,以及煤尘爆炸抑制技术在理论、实验和数值模拟方面的研究现状,并对现阶段的煤尘爆炸研究提出了展望。分析表明:针对煤尘爆炸机理的研究处于热力学阶段,针对爆炸特性、传播规律的研究停留在宏观特征参数方面,抑爆措施有待改进,需加强对煤尘爆炸自主知识产权数值模拟软件的研发。     

密闭管道内瓦斯爆炸火焰传播行为可视化研究

运用管道爆炸传播实验系统,配合高速摄像机及纹影仪系统,对密闭管道内瓦斯爆炸过程中的火焰传播行为进行了实验研究。通过研究得出了瓦斯爆炸点火起爆阶段、爆炸初期阶段、爆炸充分发展阶段爆炸火焰的结构特征和传播行为变化规律,研究为有效预防和控制瓦斯爆炸事故提供了重要的理论依据。     

矿井瓦斯爆炸毒害气体传播规律初步研究

总结了中国煤矿瓦斯爆炸事故发生原因,分析了煤矿瓦斯爆炸事故致害因素。指出瓦斯爆炸事故中,导致人员大量伤亡的主要原因是CO等毒害气体的中毒和窒息,瓦斯爆炸毒害气体传播规律研究对瓦斯爆炸事故预防和防止瓦斯爆炸事故范围扩大意义重大。瓦斯爆炸是一个非常复杂的瞬间化学反应过程。根据矿井通风网络的具体情况,在高斯模型的基础上,提出了适合矿井瓦斯爆炸毒气传播规律的数值计算模型。     

2种气体状态下瓦斯爆炸极限范围的研究

为研究2种气体状态下的瓦斯爆炸极限附近的瓦斯爆炸压力规律,运用20 L爆炸特性测试系统,对不同瓦斯浓度下瓦斯爆炸压力变化进行记录,绘图,从而直观性分析瓦斯爆炸压力规律及确定瓦斯爆炸极限范围。研究得出了2种气体状态下瓦斯爆炸上下限的瓦斯浓度范围,确定了瓦斯爆炸极限。同时,还得出在浓度相差不大的瓦斯爆炸压力的大体趋势为,在静止状态下点火后瓦斯爆炸压力随时间增长缓慢增长,而湍流状态下点火后瓦斯爆炸压力增长较为迅速。     

瓦斯/煤尘爆炸冲击波作用下结构的动力响应探讨

总结了国内外瓦斯/煤尘爆炸事故特点,研究了当前形势下瓦斯/煤尘爆炸作用下的灾害作用特性,揭示了瓦斯煤尘单一相、两相共混爆炸的结构动力响应机理及爆炸冲击波与结构间的耦合作用,对比分析了当前国内外爆炸结构相应问题的研究现状,探讨了瓦斯煤尘爆炸防控设备及装置动态安全性的研究方法,提出了瓦斯煤尘爆炸作用下结构动力问题的研究展望。研究工作对于煤矿瓦斯/煤尘爆炸致灾防控具有一定指导意义。     

不同点火能量作用下管道内瓦斯爆炸火焰传播特征

瓦斯爆炸的一个关键因素是点火能量,因此,构建了不同点火能量的瓦斯爆炸实验系统,采用高速摄影仪等设备对瓦斯爆炸进行了可视化研究,为瓦斯爆炸提供了新的可靠实验平台。并针对2种大跨度能量作用下瓦斯爆炸火焰特征与火焰传播速度进行了系统分析,得出了不同点火能量作用下瓦斯爆炸火焰传播规律。     

高挥发分煤尘对瓦斯爆炸极限的影响

瓦斯爆炸是影响煤矿安全生产的重大灾害之一,煤尘的存在会影响瓦斯的爆炸极限。运用20 L爆炸特性测试系统研究了高挥发分煤尘对瓦斯爆炸极限的影响,并对实验煤样在40~260℃进行了析出气体分析。实验结果表明:在有煤尘参与的条件下,瓦斯爆炸上限变得更低,当加入100 g/m3煤尘后,瓦斯爆炸上限下降到了12.8%。在爆炸下限附近,煤尘对瓦斯爆炸有促进作用,煤尘的存在使得瓦斯爆炸下限会变得更低,加入100 g/m3煤尘后,瓦斯爆炸的下限下降到了3.1%。     

不同粒径肥煤及其爆炸残留物的爆炸条件 和产物分析

采用20 L球形爆炸装置,实验了多种粒径煤尘及其爆炸残留物在不同煤尘浓度及点火能条件下的爆炸反应,分析了粒径对煤尘和固态残留物的爆炸条件(煤尘浓度、点火能量)和爆炸产物的影响。结果表明:随着煤尘粒径的增加,煤尘及其固态残留物爆炸需要更严格的爆炸临界条件;相比于点火能量,粒径对爆炸临界条件中的煤尘浓度影响较大;在爆炸临界条件下发生爆炸行为的爆炸产物中,小粒径煤尘及其爆炸残留物的孔洞发育程度及颗粒破碎程度远高于大粒径煤尘及其爆炸残留物,与大粒径及其固态残留物的爆炸产物相对比,小粒径煤尘及其固态残留物的爆炸产物O、Si元素的含量较高,而C元素含量较低。